KR100752234B1 - 인터페로미터를 이용한 웨이퍼 표면의 스트레스 측정장치 - Google Patents

인터페로미터를 이용한 웨이퍼 표면의 스트레스 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인터페로미터를이용한 웨이퍼 표면의 스트레스 측정장치에 관한 것으로, 챔버 내의 웨이퍼가 안착되는 히터척으로부터 고온이 전달되도록 이루어지고, 레이저 발생기의 레이저 빔이 빔스플리터로 방사 굴절되어 반사경에 이르면 이 반사경에 의해 레이저 빔이 일정 각도로 회전되는 웨이퍼의 표면으로 조사된 다음 회환되어 다시 빔스플리터를 통과하게 되고, 이 빔스플리터를 통과한 레이저빔이 일정간격으로 설치된 제1,2회절격자를 통과하면서 회절되며, 회절된 레이저빔이 필터링 렌즈에 의해 집중되면서 필터패널의 영상홀을 통과하여 형성된 간섭무늬가 영상획득기에 의해 획득되고, 획득된 영상이 영상처리기에 의해 분석됨을 특징으로 한다.
상기의 본 발명에 의하면, 웨이퍼의 고온고속 처리공정 중에 발생되는 웨이퍼의 표면 스트레스가 인터페로미터방식을 통해 세밀하고도 정확하게 측정되고, 이 측정된 결과가 장기 저장되어 데이터 베이스화된 다음, 이 데이터가 다음 고온공정에 적용되어 고온에 의한 웨이퍼의 불량 발생률이 현저히 저감된다.
인터페로미터, 웨이퍼, 열처리공정, 레이저빔

Description

인터페로미터를 이용한 웨이퍼 표면의 스트레스 측정장치{Device for measuring of wafer surface using interferometer}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 인터페로미터리를 이용한 웨이퍼 표면의 스트레스 측정장치가 개략적으로 도시된 사시도,
도 2는 도 1의 주요 구성도,
도 3은 도 1에 도시된 측정장치의 순서도,
도 4는 도 1의 측정장치가 웨이퍼의 고온고속 처리공정장치에 설치된 상태가 개략적으로 도시된 사용 상태도,
도 5는 도 3에 도시된 고온고속 처리공정용 챔버의 구성이 개략적으로 도시된 측단면도.
< 도면의 주요부호에 대한 간단한 설명 >
100...스트레스 측정장치 110...레이저빔 발생기,
120...빔스플리터 130...반사경,
140...챔버 150,152,...제1,2회절격자,
160...필터링 렌즈 170...필터패널,
180...영상획득기 190...영상처리기,
200...웨이퍼 210...웨이퍼척,
220...서보모터.
본 발명은 웨이퍼 표면 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼의 고온고속 처리공정에서 웨이퍼 표면의 온도에 의한 스트레스(stress)를 분석하기 위한 인터페로미터(interferometer)를 이용한 웨이퍼 표면의 스트레스 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로, 웨이퍼의 제조시 화학기상증착법(CVD:Chemical Vapor Deposition) 및 스퍼터링(Sputtering)과 식각(Etching) 등의 다양한 고속처리공정이 요구되고 있다.
이러한 공정은 주로 900℃ 또는 필요시 그 이상 온도의 고온에서 이루어지는데, 각각의 공정에서 요구되는 적절한 온도가 제공되고 있었으나, 고온고속 처리공정에서 제공된 고온에 의해 웨이퍼의 표면에 스트레스가 발생되고, 이 스트레스는 웨이퍼의 불량에 지대한 영향을 미친다.
그러므로, 고온고속 처리공정 중에 웨이퍼의 표면에 발생되는 스트레스의 정도를 세밀하면서도 정확하게 실시간으로 파악할 수 있는 고도의 기술이 요구된다.
본 발명은 상기 고도의 기술 요구에 부응하기 위해 안출된 것으로, 웨이퍼가 위치된 챔버의 내부에 히터척에 의한 고온이 제공되면서 감온 및 가스배출용 가스관과 진공용 펌프 등이 장착되고, 이 챔버 내의 웨이퍼 표면에 조사된 레이저빔의 회환된 상태의 영상이 획득ㆍ처리됨으로써, 고속고온 처리공정 도중에 발생되는 웨이퍼의 표면 스트레스가 온도변화에 따라 실시간으로 세밀하고도 정확하게 측정되어 차후 고온공정에 적용될 수 있도록 된 인터페로미터를 이용한 웨이퍼 표면의 스트레스 측정장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 챔버 내의 웨이퍼에 고온이 전달되고, 상기 웨이퍼에 실시간으로 표면 조사용 레이저 빔이 조사되는 고온 공정에서의 웨이퍼 표면의 스트레스 측정장치에 있어서, 상기 레이저 빔이 빔스플리터로 방사 굴절되어 반사경에 이르면 이 반사경에 의해 레이저 빔이 일정 각도로 회전되는 웨이퍼의 표면으로 조사된 다음 회환되어 다시 빔스플리터로 통과되고, 상기 빔스플리터를 통과한 레이저빔이 일정간격으로 설치된 제1,2회절격자를 통과하여 회절되며, 회절된 레이저빔이 필터링 렌즈에 의해 집중되면서 필터패널의 영상홀을 통과 후 형성된 간섭무늬가 영상획득기에 의해 획득되고, 획득된 영상이 영상처리기에 의해 분석되는 인터페로미터를 이용한 웨이퍼 표면의 스트레스 측정장치에 관한 것이다.
또한, 상기 챔버에는 웨이퍼가 안착되도록 히터척이 설치되고, 웨이퍼측으로 연통된 가스공급관을 통해 유입되는 감온용 가스 및 상기 챔버 내에 발생된 유해가스가 배출되도록 가스배출관이 설치되며, 상기 챔버 내의 진공을 유도하기 위해 진공펌프와 연계되어 진공게이지에 의한 일정한 진공상태가 유지되도록 공기배출관이 설치되면서 상기 챔버의 프레임 내부에 단열수가 유동된다.
또한, 상기 빔스플리터, 제1,2회절격자, 필터링 렌즈, 필터패널이 각각의 이동프레임에 고정되고, 상기 이동프레임은 상호 간의 간격이 조정되도록 고정프레임에 이동가능하게 설치된다.
또한, 상기 웨이퍼가 안착된 히터척의 지지축이 모터와 연계 설치되어 히터척이 지속적 및 일정 각도로 회전된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 인터페로미터를 이용한 웨이퍼 표면의 스트레스 측정장치를 참조된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
삭제
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 인터페로미터리를 이용한 웨이퍼 표면의 스트레스 측정장치가 개략적으로 도시된 사시도이고, 도 2는 도 1의 주요 구성도이며, 도 3은 도 1에 도시된 측정장치의 순서도이고, 도 4는 도 1의 측정장치가 웨이퍼의 고온고속 처리공정장치에 설치된 상태가 개략적으로 도시된 사용 상태도이며, 도 5는 도 3에 도시된 고온고속 처리공정용 챔버의 구성이 개략적으로 도시된 측단면도이다.
먼저 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 인터페로미터를 이용한 웨이퍼 표면의 스트레스 측정장치(100)는, 레이저빔 발생기(110)에서 방사된 레이저빔이 빔스플리터(beam splitter;120)에 조사되어 반사경(reflecting mirror;130)으로 굴절되면 이 반사경(130)을 통해 챔버(140)내에 위치된 웨이퍼(200)의 표면에 조사되고, 웨이퍼(200)의 표면에서 반사되어 회환(回還)되는 레이저빔이 반사경(130)을 통해 빔스플리터(120)를 통과하게 되며, 이 빔스플리터(120)를 통과한 레이저빔이 제1,2회절격자(diffraction grid;150,152)를 통과하여 회절되면서 필터링 렌즈(160)에서 다시 집중되어 필터패널(filter pannel;170)의 영상홀(712)을 통과하는 영상이 영상획득기(180)에 의해 획득된다.
또한, 상기 영상획득기(180)에 의해 획득된 영상이 영상처리기(190)에 의해 분석되어 디스플레이되거나 저장된다.
상기 빔스플리터(120)는 레이저빔 발생기(110)에서 방사된 레이저가 조사되면 이를 반사경(130)으로 굴절시키도록 소정의 각도를 갖도록 설치되고, 상기 레이저빔 발생기(110)의 레이저빔은 반사경(130)으로 굴절시키면서 상기 반사경(130)에서 입사되는 레이저빔이 통과된다.
상기 반사경(130)은 빔스플리터(120)로부터 입사되는 레이저빔이 챔버(140)내에 고정된 웨이퍼(200)의 표면에 정확히 조사될 수 있도록 소정의 각도를 갖도록 위치되고, 상기 빔스플리터(120)에서 입사되는 레이저빔은 웨이퍼(200)의 표면으로 굴절되면서 다시 빔스플리터(120)로 굴절된다.
상기 제1,2회절격자(150,152)는 상기 빔스플리터(120)를 통과한 레이저빔에 대해 회절시키는 부재로서, 제1회절격자(150)는 레이저빔이 분화(分化)되고, 제2회절격자(152)는 제1회절격자(150)에서 분화된 레이저빔이 방출된다.
이때, 상기 제1,2회절격자(150,152)는 소정의 간격(Δ)을 이루고 이 간격은 영상처리기(190)의 분석에 중요한 부분이 된다.
또 상기 필터링 렌즈(160)는 상기 제2회절격자(152)를 통과한 레이저빔이 상기 필터패널(170)의 영상홀(172)을 통과하도록 집중시키게 된다.
상기 필터패널(170)은 평면(plane)이면서 다수의 영상홀(172)이 형성되고, 이 영상홀(172)은 상기 필터링 렌즈(160)를 통해 집중되는 레이저빔의 집중점에 위치된다.
따라서, 상기 필터링 렌즈(160)의 굴곡 각도에 따라 필터패널(170)의 이격 위치가 정해지는 것이다.
상기 영상획득기(180) 및 영상처리기(190)는 상호 연계 설치되어 상기 영상획득기(180)에서 필터패널(170)의 영상홀(172)을 통과한 영상을 획득하게 되면, 이 획득된 영상에 대해 영상처리기(190)에서 정밀하게 분석 처리하여 그 결과치를 3차원 그래프 등으로 인지하게 편하게 디스플레이하면서 저장하게 된다.
또한, 상기 빔스플리터(120), 제1,2회절격자(150,152), 필터링 렌즈(160), 필터패널(170)은 각각의 이동프레임(104)에 고정되고, 이 이동프레임(104)은 측정실(102) 내부에 설치된 고정프레임(106)에 이동가능하게 장착되어 상기 빔스플리 터(120), 제1,2회절격자(150,152), 필터링 렌즈(160), 필터패널(170) 각각의 간격이 조정가능하게 된다.
상기 이동프레임(104)들 각각은 레이저빔 발생기(110)의 위치 및 레이저빔의 굴절각도 등에 따라 별도 연계 설치된 동력원에 의해 그 위치가 이동될 수 있음은 물론이고, 상기 고정프레임(106)에 대해 기어식, 슬라이딩식 등이 포함된 공지의 기술로 장착된다.
상기 인터페로미터방식의 측정은 미세한 진동에 다른 결과가 출력될 수 있으므로 상기 측정실(102)은 미세한 진동에도 고정상태가 유지될 수 있도록 제진대(108) 위에 설치함이 바람직하다.
한편, 상기 측정실(102) 내부에 설치된 챔버(140)에는 도 4 및 도 5에서와 같이, 웨이퍼(200)가 안착되는 히터척(210)이 내부에 설치되고, 이 히터척(210)은 내부에 별도의 발열체(212)가 내장되어 자체적으로 발열하므로써 상기 웨이퍼(200)가 고온에 노출될 수 있도록 된 것이다.
이때, 상기 발열체(212)는 요구되는 온도로 상승시키거나 유지하는데 유리하도록 2이상으로 분할 제어되는 것이 바람직하고, 이 온도 변화는 웨이퍼(200)의 상면에 위치된 온도감지센서(202)에 의해 측정되며, 상기 웨이퍼(200)에 안정된 온도를 제공하기 위해 탄화규소(SiC)가 코팅된 PBN 히터이거나 흑연(graphite) 히터임이 바람직하다.
또한, 상기 챔버(140)에는 일정한 진공이 유지되도록 진공펌프(143)와 연계 설치된 공기배출관(143a)이 연통되게 설치되고, 측정 이후 챔버(140) 내의 온도 하강을 위해 상승된 온도를 강하시키면서 챔버(140) 내부를 정화하기 위해 질소가스가 유입되도록 가스탱크(144)와 연통되어 자동밸브제어기(144a)가 장착된 가스공급관(144b)이 연통되게 설치되며, 상기 챔버(140)내부에 유입된 가스와 웨이퍼(200)의 표면에서 발생된 유해가스를 방출하기 위해 가스배출펌프(145)와 연통된 가스배출관(145a)이 연통되게 설치된다.
또한, 상기 챔버(140)에는 상부공간의 진공상태를 측정하기 위한 진공게이지(146)가 설치되고, 별도의 아암(arm)에 의해 운반되는 웨이퍼(200)의 출입을 위한 게이트도어(147)가 설치된다.
이때, 상기 진공게이지(146)을 통해 챔버(140) 내의 온도, 진공상태, 가스공급 및 차단, 가스배출 등이 제어된다.
상기 챔버(140)의 상면에는 반사경(130)으로부터 입사되는 레이저빔이 웨이퍼(200)의 표면에 조사되도록 석영(quartz)재질의 윈도우(148)가 설치되고, 이 윈도우(148)가 레이저빔의 조사시에만 개방될 수 있도록 덮개구동부(148a)에 의해 작동되는 덮개(148b)가 설치된다.
이때, 상기 레이저빔이 지속적으로 웨이퍼(200)에 조사될 때는 덮개(148b)의 설치가 불필요해질 수 있음은 당연하다.
또한, 상기 챔버(140)내의 고온이 외부와 차단되도록 챔버(140)의 프레임에 중공이 형성되고, 이 중공에 단열수가 유입되도록 물탱크(149)와 연통된 물공급관(149a) 및 물회수관(149b)이 설치된다.
한편, 상기 웨이퍼(200)가 안착된 히터척(210)의 지지축(210a)이 서보모터(220)와 연계 설치되고, 상기 서보모터(220)에 의해 히터척(210)이 대략 45°씩 회전되며, 이때 상기 히터척(210)과 더불어 회전되는 웨이퍼(200)의 표면에 레이저빔이 조사되는 것이다. 여기서, 상기 히터척(210)과 서보모터(220)와의 결합은 히터척(210)의 주축(210a)과 서보모터(220)가 기어결합, 벨트결합 등으로 이루어질 수 있다.
물론 히터척(210)과 더불어 웨이퍼(200)가 지속적으로 회전되도록 하면서 이 웨이퍼(200)의 표면에 레이저빔 역시 지속적으로 조사할 수 있음은 물론이고, 이때 상기 덮개(148b)는 항상 개방된 상태이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 인터페로미터를 이용한 웨이퍼 표면의 스트레스 측정장치를 작동순서에 의거하여 간략히 설명한다.
삭제
먼저, 레이저 발생기(110)에서 방사된 레이저빔이 빔스플리터(120) 및 반사경(130)에 의해 고온에 노출된 웨이퍼(200) 표면에 조사되고, 변화되는 고온에 노출되는 웨이퍼(200) 표면으로부터 회환된 레이저빔이 다시 반사경(130)을 통해 빔스플리터(120)를 통과하게 되며, 이 빔스플리터(120)를 통과한 레이저빔은 제1,2회절격자(150,152)를 통과하면서 회절되어 필터링 렌즈(160)에 의해 집중되어 필터패널(170)의 영상홀(172)을 통과하게 된다.
이렇게 통과된 레이저빔은 영상획득기(180)에서 획득되고, 이 영상획득기(180)와 연계 설치된 영상처리기(190)에서 분석되어 결과치가 출력되며, 이 결과치는 디스플레이 및 저장된다.
이때, 상기 웨이퍼(200)는 서보모터(220)에 의한 히터척(210)의 회전으로 지 속적 또는 소정 각도만큼 회전하게 되고, 변화된 각도에서의 웨이퍼(200) 표면에 레이저빔이 조사된다.
한편, 상기 웨이퍼(200)가 내부에 위치된 챔버(140)에는 웨이퍼(200)의 고온 열처리를 위해 웨이퍼(200)가 안착된 히터척(210)에 의해 고온으로 상승되고, 일정한 진공이 유지되면서 질소가스와 웨이퍼(200)에서 발생된 유해가스 및 질소가스를 외부로 배출하게 되고, 또한 챔버(140)내의 고온이 외부와 차단되도록 챔버(140)의 프레임에 단열수가 유동된다.
이상과 같은 본 발명은, 웨이퍼의 고온고속 처리공정 도중 지속적으로 상승되는 고온에 노출되는 웨이퍼의 표면 스트레스가 각도별, 온도별로 실시간 인터페로미터방식을 통해 세밀하고도 정확하게 측정되고, 변화하는 온도에서의 웨이퍼 표면에 발생되는 스트레스의 정도가 측정된 결과값이 장기 저장되어 데이터 베이스화된 다음, 이 데이터가 다음 고온제조공정에 적용되어 고온에 의한 웨이퍼의 불량 발생률이 현저히 저감될 수 있다.
또한, 히터척에 의해 고온으로 상승된 챔버의 내부가 진공게이지의 체크에 의한 히터척의 작동으로 소정의 온도까지 상승되면서 진공 및 유해가스배출이 지속적으로 이루어지며, 외부와의 확실한 단열이 이루어질 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 챔버 내의 웨이퍼에 고온이 전달되고, 상기 웨이퍼에 실시간으로 표면 조사용 레이저 빔이 조사되며, 상기 레이저 빔이 빔스플리터로 방사 굴절되어 반사경에 이르면 이 반사경에 의해 레이저 빔이 일정 각도로 회전되는 웨이퍼의 표면으로 조사된 다음 회환되어 다시 빔스플리터로 통과되고, 상기 빔스플리터를 통과한 레이저빔이 일정간격으로 설치된 제1,2회절격자를 통과하여 회절되며, 회절된 레이저빔이 필터링 렌즈에 의해 집중되면서 필터패널의 영상홀을 통과 후 형성된 간섭무늬가 영상획득기에 의해 획득되고, 획득된 영상이 영상처리기에 의해 분석되는 웨이퍼 표면의 스트레스 측정장치에 있어서,
    상기 챔버에는 웨이퍼가 안착되도록 발열체가 내장된 히터척이 설치되고, 가스공급관을 통해 유입되는 감온용 가스 및 상기 챔버 내에 발생된 유해가스가 배출되도록 가스배출관이 설치되며, 또한 챔버 내의 진공을 유도하기 위해 진공펌프와 연계되는 진공게이지로 일정한 진공상태가 유지되도록 공기배출관이 설치되면서, 챔버의 프레임 내부에 단열수가 유동되도록 물공급관 및 물회수간이 설치되는 것을 특징으로 하는 인터페로미터를이용한 웨이퍼 표면의 스트레스 측정장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 빔스플리터, 제1,2회절격자, 필터링 렌즈, 필터패널이 각각의 이동프레임에 고정되고, 상기 이동프레임은 상호 간의 간격이 조정되도록 측정실 내부에 장착된 고정프레임에 이동가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 인터페로미터를 이용한 웨이퍼 표면의 스트레스 측정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼가 안착된 히터척의 지지축이 모터와 연계 설치되어 히터척이 지속적 및 일정 각도로 회전되는 것을 특징으로 하는 인터페로미터를 이용한 웨이퍼 표면의 스트레스 측정장치.
KR1020060057939A 2006-06-27 2006-06-27 인터페로미터를 이용한 웨이퍼 표면의 스트레스 측정장치 KR100752234B1 (ko)

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